Лекции по информатике учебно методическое пособие
 Скачать 0.99 Mb.
|
|
Электромеханический – в счетных устройствах использу- ются электромагнитные реле (первая половина XX века). Первая ма- шина такого типа была построена немецким инженером Конрадом Цузе в 1941году. В 1943 году появились машины Марк-1, затем Марк-2, созданные американцем Говардом Эйкеном. Эти машины 35 выполняли арифметические операции с 23-значными десятичными числами и работали гораздо быстрее механических. 3) Электронный – регистрируются не механические смеще- ния, а состояния элементов конструкции. При этом оказалось удобнее всего использовать не десятичную, а двоичную систему счисления (включено/выключено, заряжено/разряжено, есть контакт/нет контак- та). Первая машина такого типа, ENIAC (Electronic Numeral Integrator And Computer), была создана в США под руководством группы спе- циалистов Говарда Эйкена, Дж. Моучли, П. Эккерта и введена в экс- плуатацию 15.02.1945 г. По элементной базе выделяют 5 поколений ЭВМ (периоды указаны условно): – первое поколение – на электровакуумных лампах (1945– 1955 г.г.); – второе поколение – на транзисторах (1955-1965 г.г.); – третье поколение – на микросхемах. Разрабатываются се- мейства машин с единой архитектурой, что приводит к программной совместимости, т. е. при появлении новой марки ЭВМ отпала необ- ходимость переписывать заново все программы, которые были разра- ботаны для предыдущей марки (1965–1970 г.г.); – четвѐртое поколение – на интегральных схемах. Это суще- ственно увеличило скорость работы, уменьшило энергоѐмкость, стоимость и габариты ЭВМ. Происходит переход к персональным ЭВМ. Создаются многопроцессорные и многомашинные комплексы (с 1970 г.); – пятое поколение – суперкомпьютеры на больших инте- гральных схемах. Используются магнитные, лазерные, голографиче- ские принципы различения состояний. Машины этого поколения ориентированы на логическое программирование (обслуживание экспертных систем, плохо формализованных задач). 3.2. Принципы работы электронной вычислительной системы Переход от механического принципа работы счѐтных элемен- тов к электронному в развитии вычислительной техники ознамено- вался резким увеличением быстродействия и объѐма памяти компью- теров. Это учѐл Джон фон Нейман в своѐм докладе при формулиров- 36 ке основных принципов, по которым должны функционировать и строиться компьютеры (1945 г.): 1. Возможность ввода программы и исходных данных в па- мять компьютера. 2. Использование двоичного кода для внутримашинного пред- ставления команд и данных. 3. Считывание первой команды из ячейки памяти и организа- ция еѐ выполнения. 4. Организация автоматического управления последователь- ностью выполнения последующих команд. Для реализации этих принципов компьютер должен быть снабжѐн: 1. Внешним устройством для ввода/вывода информации. 2. Арифметико-логическим устройством для выполнения арифметических и логических операций. 3. Устройством управления для организации порядка выпол- нения программ. 4. Запоминающим устройством для хранения программ и дан- ных. Принципиальная схема взаимодействия перечисленных выше устройств представлена на рис. 3.1. Рис. 3.1. Общая схема организации связей в компьютере (одинарные стрелки – пути и направления передачи управляющих сигналов, двойные – пути и направления движения информации). Принципы, изложенные в докладе Джона фон Неймана ис- пользуются в компьютерах всех поколений, конечно с детализацией способов реального воплощения указанных блоков и способов орга- низации связей между ними. Внешнее устройство Память Процессор: Арифметико- логическое устройство Устройство управле- ния 37 3.3. Состав и назначение основных элементов персонального компьютера Обобщающие термины – вычислительная техника: совокупность устройств, предна- значенных для автоматической или автоматизированной обработки данных; – вычислительная система: набор взаимодействующих меж- ду собой устройств и программ, предназначенный для обслуживания одного рабочего участка; – архитектура ЭВМ: описание принципов действия, инфор- мационных связей и взаимного соединения основных узлов компью- тера. – конфигурация аппаратная / программная: состав аппарат- ных / программных средств, входящих в вычислительную систему; – hardware: совокупность аппаратных средств компьютера. Виды внутренней памяти – оперативная (ОЗУ): энергозависимая. Тип памяти: RAM (Random Access Memory) – память прямого доступа. Это озна- чает, что время обращения к любой ячейке памяти одинаково; – кэш-память: энергозависимая. Сверхоперативное ЗУ не- большого объѐма для обмена информацией между ОЗУ и микропро- цессором. Компенсирует разницу в скорости работы этих устройств; – постоянная память (ПЗУ): энергонезависимая, предна- значена для хранения BIOS (basic input/output system), программ за- пуска и остановки компьютера. Тип памяти ROM ( Read Only Memo- ry) – только для чтения; – CMOS RAM: энергонезависимая, энергопотребление обес- печивается внутренней батарейкой. Используется для хранения ин- формации о конфигурации и составе оборудования компьютера, а также о режимах его работы; – flash memory: энергонезависимая, перепрограммируемая постоянная память; – видеопамять (VRAM): энергозависимая, предназначена для хранения закодированных изображений. 38 Виды внешней памяти (ВЗУ) ВЗУ используют для длительного хранения программ и дан- ных в двоичном коде. Все виды памяти этого назначения энергонеза- висимые. – жѐсткий диск, винчестер, HDD: Hard Disk Drive; – гибкий диск, Floppy Disk: в настоящее время практически не используется; – оптические диски: CD-ROM (Compact Disk Read Only Mem- ory) – одноразовая заводская запись, далее – только считывание. CD- R (Compact Disk Recordable) – одноразовая запись на компьютере, далее – только считывание. CD-RW (Compact Disk ReWriteable) – многократная перезапись на компьютере. Емкость от 700 Мб до 1,5 Гб; – цифровые видеодиски: DVD-ROM, DVD-R, DVD-RAM, DVD-RW. Емкость до 17 Гб; – стримеры – накопители на магнитных лентах, используются для резервного копирования больших объѐмов информации. Процессор – центральный процессор содержит: УУ (устройство управ- ления), АЛУ (арифметико-логическое устройство), регистры (эле- менты памяти), счѐтчик команд, кэш-память, математический сопро- цессор. Крепится на материнской плате. Основные параметры: так- товая частота – влияет на скорость выполнения команд (от МГц до ГГц) и длина машинного слова – количество бит, которое может быть обработано за один такт (обычно кратно байтам) – триггер, разряд – электронная схема для хранения одной двоичной цифры; – регистр – ячейка памяти процессора для кратковременного хранения данных или команды в процессе еѐ выполнения. Системный блок – материнская (системная) плата: используется для креп- ления основных устройств компьютера (процессора, ОЗУ, ПЗУ, Кэш- память, интерфейсные схемы шин, гнѐзда расширений (слотов), обя- зательные системные средства ввода/вывода). – шина (магистраль, системная шина): включает в себя ши- ну данных (разрядность 8, 16, 32, 64 бита), шину адресов (разряд- ность 16, 20, 24, 32, 36 битов) и шину управления. Обеспечивает об- мен информацией между процессором и устройствами компьютера. 39 Реализуется как пучок проводов, по каждому из которых передаѐтся 1 бит информации. Совокупность проводов, по которым передаются адреса ОЗУ, – адресная шина, данных из этих адресов – шина дан- ных, сигналов, определяющих характер обмена информацией по ма- гистрали (считывание, запись, синхронизация обмена информацией между устройствами и т.д.) – шина управления. – порты: разъемы, с помощью которых к компьютеру под- ключаются внешние устройства. Они выведены на заднюю панель системного блока. – последовательные порты (COM1, COM2): передают элек- трические импульсы один за другим. К ним подключают мышь и внешний модем. – параллельный порт (LTP): обеспечивает более высокую скорость передачи информации, чем последовательные, так как пере- дает одновременно 8 электрических импульсов, к нему подключают принтер. – USB-порты (Universal Serial BUS – универсальная последо- вательная шина): обеспечивают высокоскоростное подключение пе- риферийных устройств: сканеров, цифровых камер. – PS/2-порт: обычно подключается клавиатура. Устройства ввода Устройства ввода преобразуют информацию из естественной формы, доступной органам чувств человека, в двоичную форму: – клавиатура: для ввода текстовой информации; – сканеры: для текстовой и графической информации, зафик- сированной на бумаге; – дигитайзеры (графические планшеты): для ввода графиче- ской информации без промежуточной фиксации еѐ на бумаге (она ри- суется на специальном планшете световым пером); – манипулятор мышь; – манипулятор джойстик – наклоны ручки эквивалентны перемещению мыши, для игровых программ; – манипулятор трекбол – встроенный в стационарный кор- пус шарик, прокрутка которого эквивалентна перемещению мыши. Используется в оптических мышках и ноутбуках; – манипулятор пенмаус – похож на шариковую ручку, на конце которой находится узел, регистрирующий еѐ перемещения; – цифровые видеокамеры и фотоаппараты; 40 – микрофон. Устройства вывода Устройства вывода преобразуют информацию из двоичной формы в естественную форму, доступную органам чувств человека: – монитор. Основные характеристики: тип экрана, размер эк- рана по диагонали (обычно в дюймах), разрешающая способность. Для жидкокристаллических мониторов – угол обзора. – адаптер: устройство для соединения блоков компьютера с разными способами представления информации; – контроллер: устройство для сопряжения разных устройств и управления их работой. – принтеры: матричные, струйные, лазерные. Различаются по способу печати; – плоттеры (графопостроители): выводят документы боль- ших размеров (чертежи, плакаты и т. п.); – акустические стереоколонки. 3.4. Вопросы для самопроверки по теме 3 Задание № 1. Укажите назначение системной шины (магистрали). Задание № 2. Укажите устройства, размещаемые на материнской плате ПК. Задание № 3. Укажите, к какому поколению относятся персональные компьютеры. Задание № 4. Как называются электронные схемы для управления внешними устройствами? Задание № 5. На каких видах внешней памяти невозможно случайно стереть информацию? Задание № 6. По какому признаку классифицируются принтеры? Задание № 7. Что обозначает термин «адаптер»? Задание № 8. Укажите устройства, которые не входят в состав внут- ренней памяти современного компьютера. Задание № 9. Укажите, какие из названий относятся к устройствам вывода данных: 1. плоттер; 2. процессор; 3. блок питания; 4. монитор; 5. сканер. 41 Задание № 10. Укажите устройства, которые входят в состав внут- ренней памяти современного компьютера. Задание №11. Укажите, какие из названий относятся к устройствам ввода данных: 1. жѐсткий диск; 2. мышь; 3. привод CD-ROM; 4. джойстик; 5. регистры. Задание № 12. Укажите устройство хранения данных, которое рабо- тает только при включѐнном питании: 1. ПЗУ; 2. гибкий магнитный диск; 3 ОЗУ; 4 жѐсткий диск. Задание № 13. Укажите, какие из приведенных утверждений являют- ся верными: 1. сетевая плата не является устройством приѐма-передачи данных 2. компакт-диск - это оперативная память 3. гибкий магнитный диск - это долговременная память 4. в мониторах на жидких кристаллах отсутствует электромаг- нитное излучение Вопрос № 14. Укажите наиболее важные характеристики жидкокри- сталлического монитора: 1. цвет фона окна; 2. физический размер экрана; 3. объѐм хранимых данных; 4. скорость обработки информации; 5. угол обзора. 42 4. ПРОГРАММНЫЕ СРЕДСТВА РЕАЛИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПРОЦЕССОВ Программное обеспечение ЭВМ (ПО) – это множество про- грамм, которые используются или могут быть использованы на ком- пьютере. Совокупность всех программных средств компьютера и тре- бующихся им данных обычно обозначают термином software . По ти- пу функций, которые выполняют программы, выделяют три основ- ных группы ПО: системное, инструментальное, прикладное. К нему также относят области деятельности, необходимые для проектирования и разработки программ разного типа: – технологии проектирования программ (нисходящее, восхо- дящее проектирование, структурное, объектно-ориентированное про- граммирование и т. п.); – методы отладки и тестирования программ; – анализ качества работы программ; – документирование программ и т. п. 4.1. Системное программное обеспечение ЭВМ Системное ПО обеспечивает эффективную работу аппарату- ры компьютера. Основные типы системных программ: – операционная система (ОС): совокупность программ, тес- тирующих все устройства компьютера и управляющих их работой, а также организующих взаимодействие пользователя с компьютером (пользовательский интерфейс). Основные функции ОС: – загрузка программ в оперативную память и управление хо- дом их выполнения; – обмен данными между выполняющейся программой и внеш- ними запоминающими устройствами; – обслуживание нестандартных ситуаций в ходе выполнения программы; – цикл работ по окончанию работы программы; – организация хранения и поиска информации на внешних но- сителях; – организация интерфейса пользователя; – выполнение сервисных функций: форматирование дисков, копирование файлов и т. п. 43 Основные ОС: MS DOS –однопользовательская и однопро- граммная ОС, в которой все команды по работе с файлами пользова- тель должен был набирать вручную в текстовом режиме; UNIX, LINUX – используются на серверах сети Интернет; Windows NT/2000/XP/8 – многопрограммные, многопользовательские, сете- вые ОС; Android – портативная (сетевая) операционная система основан- ная на ядре Linux, применяемая в коммуникаторах, планшетных компью- терах, электронных книгах, цифровых проигрывателях, наручных часах, нетбуках и смартбуках; – операционные оболочки: улучшают пользовательский ин- терфейс, предусмотренный в ОС. Табличные оболочки (Norton Com- mander для MS DOS, Far Manager и Norton Navigator для Windows) представляют каталоги в виде текстовых таблиц и основные команды манипуляций с файлами можно не вводить вручную, а запускать функциональными клавишами. В графических оболочках для указа- ния типа файла используются графические значки, для заказа типо- вых действий – специальные способы указания на них (щелчки мы- шью, горячие клавиши вместо ввода полного текста команд). Эти оболочки используются во всех версиях Windows; – драйверы: программы, которые расширяют возможности ОС по управлению работой устройств компьютера. Техническая реали- зация одного и того же типа устройства в разных моделях сущест- венно различается. Для того, чтобы согласовать ее работу с осталь- ными устройствами, для каждой модели одного и того же устройства разрабатывают специальную программу – драйвер. В процессе уста- новки ОС определяет тип и конкретную модель каждого устройства компьютера и загружает соответствующий ему драйвер; – утилиты, (сервисные программы): небольшие программы, выполняющие действия обслуживающего характера и увеличиваю- щие эффективность работы отдельных устройств, например, про- граммы для диагностики различных устройств (Scandisk, Check Disk), программы оптимизации, «кэширования» и динамического сжатия дисков, и т. п.; – архиваторы: программы, которые переписывают файлы в сжимающем их коде, используются для подготовки файлов к пере- сылке по сети и для хранения дублирующих копий важной информа- ции; 44 – антивирусные программы: проверяют уже имеющиеся в компьютере и вновь поступающие в него программы на наличие дей- ствий, которые могут повредить ОС или файлы пользователя. 4.2. Файловая структура ОС. Операции с файлами Файл – это именованная совокупность любых данных, разме- щѐнная на внешнем запоминающем устройстве и хранимая, обраба- тываемая и перемещаемая как единое целое. Совокупность правил и программ, по которым выполняются операции с файлами, называется файловой системой. Основные из них: FAT (File Allocation Table) – используется в операционных сис- темах для 16-и и 32-х разрядных процессоров, |